Козлова, вопросы 64-71

Вопрос 64 Опыты экспериментальной эмбриологии. Эмбриональная индукция как процесс взаимодействия между частями развивающегося зародыша. Индукторы и индукционные взаимодействия в эмбриогенезе. Каскадная индукция. Примеры. I. Экспериментальная эмбриология занимается изучением развития животных при искусственных условиях. 1)Опыт Вильгельма Ру: Уже на 2-клеточной стадии зародыш представляет собой не совокупность отдельных клеток, а единый организм. Немецкий эмбриолог Вильгельм Ру разрушал одну из клеток зародыша лягушки на стадии 2 бластомеров раскаленной иглой. В ходе дальнейшего развития из оставшегося неповрежденными бластомера формировалась только половина зародыша - полунейрула с полным набором структур правой или левой стороны. Однако, как известно, на стадии дробления клетки большинства хордовых тотипотентны. И действительно, если повторить описанный эксперимент и сразу отделить убитый бластомер от неповрежденного, то из последнего сформируется абсолютно полноценный организм. Аномальное развитие зародыша в опыте В. Ру наблюдалось вследствие контакта бластомеров. Неповрежденный бла-стомер, благодаря наличию межклеточных влияний, «определял» себя только как часть целого организма и развивался в соответствии с полученной информацией. При отделении этого бластомера сигналов к нему от погибшей клетки не поступало, и он давал начало полноценной особи. Из результатов опыта Ру сделал вывод о зародыше как мозаике бластомеров, имеющих предопределение развития. (В дальнейшем стало ясно, что в описанном опыте Ру убитый бластомер, оставаясь в контакте с живым, служил препятствием для развития последнего в целый нормальный зародыш.) 2)Опыт Гертвига: В 90-х гг. прошлого столетия О. Гертвиг и другие исследователи показали, что при полном разделении двух бластомеров амфибий из каждого развивается целый нормальный зародыш. Впоследствии многие ученые производили опыты по разделению бластомеров на разных этапах дробления у разных видов животных. Результаты оказались тоже разными. У многих беспозвоночных, например у гребневиков, круглых червей, спирально дробящихся кольчатых червей и моллюсков, а также у ящериц, изолированные бластомеры дают такие же зачатки, какие получаются из них при нормальном развитии. Они как бы обладают способностью к самодифференцировке. 3)Опыты Шпемана: Г.Шпеман также проводил свои опыты на зародышах амфибий. Один из опытов заключается в следующем: кусочек зародыша из области дорсальной губы бластопора на стадии гаструлы тритона одного вида(гребенчатого) пересаживают на боковую или вентральную сторону гаструлы тритона другого вида(полосатого). В месте пересадки происходит развитие неровной трубки, хорды и других органов. Развитие может достичь довольно продвинутых стадий с образованием дополнительного зародыша на боковой или вентральной стороне зародыша реципиента. Следовательно участок, взятый из спинной губы бластопора способен индуцировать развитие зародыша как в обычном, так и в нетипичном месте. Явление, при котором один участок зародыша влияет на развитие другого, назвали эмбриональной индукцией(II) III. В роли индукторов могут выступать разнообразные убитые ткани, вытяжки из самых различных тканей беспозвоночных и позвоночных животных, а так же растений, несколько классов химических соединений (белки, нуклеопротеины, стероиды и даже неорганические вещества). Явления индукции многочисленны и многообразны. Индукция может носить каскадный или переплетающийся(сетевой) характер. IV. Каскадные взаимодействия типичны для дифференцировки, т.к индукция многих структур зависит от предшествующих индукционных событий. V. Примером вторичной индукции может служить действие глазного бокала на прилежащий покровный эпителий, под влиянием чего эпителий впячивается, а затем отшнуровывается зачаток глазного хрусталика (хрусталиковый пузырек). Расположенный над хрусталиком покровный эпителий теряет пигмент и становится роговичным эпителием(третичная индукция).

Вопрос 65 Генетический контроль в эмбриогенезе. "Гены общего хозяйства" и "гены роскоши". Эмбриональная регуляция. Тотипотентность и унипотентность. I. Гены, определяющие процессы роста и дифференцировки в организме, называются гомеозисными. Гомеозисные гены кодируют транскрипционные факторы, контролирующие программы формирования органов и тканей. Мутации в гомеозисных генах могут вызвать превращение одной части тела в другую. Гомеозисными мутантами называются такие организмы, у которых на месте органа развивается орган другого типа. (Например, у дрозофилы при мутации antennapedia формируется конечность на месте антенны.) Гомеозисные гены контролируют работу других генов и определяют превращение внешне неразличимых участков зародыша или определённого органа (ткани, участка тела). В частности, гомеозисные гены контролируют появление различий сегментов многоклеточных животных в раннем эмбриональном развитии. У насекомых гомеозисные гены играют ключевую роль в определении особенностей строения эмбриональных сегментов и структур на них (ноги, антенны, крылья, глаза). Гомеозисные гены содержат гомеобокс — последовательность из 180 пар нуклеотидов ДНК, образующую в кодируемом белке гомеодомен. II. Конститутивные гены постоянно включены: они функционируют на всех стадиях онтогенеза и во всех тканях. К конститутивным относятся гены, обслуживающие матричные процессы (кодирующие тРНК, рРНК, ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы, рибосомальные белки), гены, кодирующие обязательные структурные компоненты клетки (например, белки-гистоны), гены, контролирующие постоянно протекающие обменные процессы (например, гликолиз). Иначе говоря, это «гены домашнего (общего) хозяйства», без которых клетки не могут существовать. Индуцибельные гены функционируют в разных тканях на определенных этапах онтогенеза, они могут включаться и выключаться, их активность может регулироваться по принципу «больше или меньше». Это тканеспецифичные гены, или «гены роскоши». К индуцибельным генам относятся как гены, контролирующие ход онтогенеза (переключатели, или диспетчеры), так и гены, прямо определяющие структуру и функции компонентов клетки и целостного организма. III. Эмбриональная регуляция - процесс восстановления нормального развития целого зародыша или зачатка после его естественного или искусственного нарушения. Регуляция во время дробления широко распространена у позвоночных. Об этом свидетельствуют опыты по изоляции бластомеров и частое образование монозиготных близнецов. Возможно развитие нормальных крольчат из одного удаленного бластомера двух-, четырех- и восьмиклеточной стадии зародыша (в 30, 19 и 11% случаев соответственно). Из таких опытов следует, что потенции отдельного бластомера к морфогенеезу шире, чем реализующиеся из него в ходе развития зачатки. Потенции - максимальные возможности элементов зародыша, т.е. направления их развития, которые могли бы осуществиться. Широкие потенции называют тотипотентностью(IV). Например, зигота. Унипотентность — способность формировать клетки одного клеточного типа.

Вопрос 66 Геронтология и гериатрия. Старость и старение. Гипотезы, объясняющие механизмы старения. Клиническая и биологическая смерть. Реанимация. I. Геронтология - наука, изучающая биологические, социальные и психологические аспекты старения человека, его причины, способы борьбы с ним(омоложение). Возникла около века назад. Одной из составных частей геронтологии является гериатрия - учение о болезнях, связанных с инволюционными изменениями, а так же особенности лечения и профилактики заболеваний в пожилом и старческом возрасте. II. Старение — в биологии процесс постепенного нарушения и потери важных функций организма или его частей, в частности способности к размножению и регенерации. Вследствие старения организм становится менее приспособленным к условиям окружающей среды, уменьшает и теряет свою способность противостоять болезням и травмам. В целом старение приводит к прогрессивному повышению вероятности смерти. Старость - заключительный естественный этап онтогенеза. III. Геронтология знает не менее 500 гипотез, объясняющих и первопричину, и механизмы старения организма. Гипотезы, представляющие научную ценность в наши дни, соответствуют одному из двух главных направлений. Некоторые авторы рассматривают старение как стохастический процесс возрастного накопления "ошибок", неизбежно случающихся в ходе обычных процессов жизнедеятельности, а так же повреждений биологических механизмов. В различных гипотезах данного направления первостепенная роль отводится разным внутри клеточным структурам, от повреждения которых зависят функциональные расстройства на клеточном, тканевом и органом уровнях. К этому направлению так же относят гипотезы, усматривающие первооснову старения в нарастающем с возрастом износе структур (от макромолекул до организма в целом). Второе направление представлено генетическими или программы ми гипотезами, согласно которым процесс старения находится под прямым генетическим контролем. Этот контроль, согласно одним взглядам, осуществляется специальными генами, согласно другим - специальными генетическими программами. Из двух принципиально различных направлений в объяснении старения как закономерной стадии онтогенеза в настоящее время более обоснованным является представление, рассматривающее этот процесс как износ биологических структур, а не генетически предопределенное саморазрушение. IV. При прекращении работы сердца и остановке дыхания наступает смерть. Организму не хватает кислорода; недостаток кислорода обусловливает отмирание мозговых клеток. В связи с этим при оживлении основное внимание следует сосредоточить на деятельности сердца и легких. Смерть состоит из двух фаз - клинической и биологической смерти. Во время клинической смерти, человек уже не дышит, сердце перестает биться, однако необратимые изменения в клетках головного мозга не происходят. Клиническая смерть – это переходное состояние от жизни к смерти. Различные органы человеческого тела сохраняют способность жить после смерти разное время. Предельный срок клинической смерти 5–6 минут, т.е. время, в течение которого сохраняет жизнедеятельность кора головного мозга. После этого срока наступает биологическая смерть. Если клиническая смерть является обратимым явлением, то биологическая смерть в настоящее время необратима.  V. Реанимация – (от лат. animatio - оживление) восстановление резко нарушенных или утраченных жизненно важных функций организма. Проводится при терминальных состояниях, в том числе при клинической смерти. Реанимация включает: массаж сердца, искусственное дыхание, нагнетание крови в артерии и др. меры.

Вопрос 67 Биологические и социальные аспекты старения. Генетические, молекулярные, клеточные и системные механизмы старения. Проблема долголетия. I. Старение представляет собой всеобъемлющий процесс, охватывающий все уровни структурной организации особи —от макромолекулярного до организменного. Ряд наблюдений легли в основу достаточно распространенной точки зрения о наследуемости продолжительности жизни и, следовательно, наличии генетического контроля или даже особой генетической программы старения. Представ- ление о величине наследуемости продолжительности жизни получают, определяя коэффициент наследуемости. Результаты оценки степени генетического контроля старения путем расчета коэффициента наследуемости долгожительства указывают лишь на отсутствие специальной генетической программы старения. При отсутствии специальных генов или целой программы, прямо определяющих развитие старческих признаков, процесс старения находится тем не менее под генетическим контролем путем изменения его скорости. Называют разные пути такого контроля. Во-первых, это плейотропное действие, свойственное многим генам. Во-вторых, со временем в генотипах соматических клеток, особенно в области регуляторных нуклеотидных последовательно- стей, накапливаются ошибки (мутации). Следствием этого является нарастающее с возрастом нарушение работы внутриклеточных механизмов, процессов репликации, репарации, транскрипции ДНК. В-третьих, генетические влияния на скорость старения могут быть связаны с генами предрасположенности к хроническим заболеваниям, таким, как ишемическая болезнь сердца, атеросклероз сосудов головного мозга, гипертония, наследуемым по полигенному типу. В исследованиях зависимости скорости старения от условий жизни, проводимых на лабораторных животных, используют следующие признаки: 1) состояние белков соединительной ткани коллагена и эластина; 2) показатели сердечной деятельности и кровообращения; 3) содержание пигмента липофусцина в клетках нервной системы и сердца; 4) показатели произвольной двигательной активности; 5) способность к обучению. Влияние социально-экономических условий на длительность жизни может быть оценено путем сравнения названного показателя для одной и той же популяции (например, население страны), но в разные исторические периоды или же путем сопоставления продолжительности жизни в двух популяциях, различающихся по жизнен- ному уровню и сосуществующих в одно и то же историческое время. II. Молекулярные и клеточные проявления старения многообразны. Они заключаются в изменении показателей потоков информации и энергии, состояния ультраструктур дифференцированных клеток и тд. В дифференцированных клетках млекопитающих старение в целом сопровождается снижением транскрипционной активности. Интенсивность белкового синтеза в целом снижается в зрелом возрасте. Изменения ультраструктуры клеток затрагивают все органеллы как общего, так и специального значения. Процесс старения распространяется практически на все структуры и функции организма. При этом некоторые показатели (упругость кожи, посещение волос) изменяются с возрастом довольно монотонно. Другие (артериальное давление, жизненная емкость легких) изменения носят пороговый характер. III. Многолетние наблюдения ученых и врачей-практиков обнаружили зависимость между долголетием и иммунитетом - невосприимчивостью к инфекционным заболеваниям. Действительно, долгожители (макробиоты) в течение своей долгой жизни почти ничем не болеют. Прав был академик Н.Ф. Гамалея, полагавший, что даже такие заболевания, как насморк, грипп, катары верхних дыхательных путей, сокращают человеческую жизнь. В последнее время инфекционные заболевания уступили место болезням, связанным с возрастными изменениями организма. Вот почему в проблеме долголетия исключительно важна профилактика всех заболеваний.

Вопрос 68 Регенерация. Виды регенерации. Физиологическая регенерация, ее значение. Проявление физиологической регенерации на субклеточном, клеточном и тканевом уровнях. I. Регенерация – процесс восстановления организмом утраченных или поврежденных структур. Регенерация поддерживает строение и функции организма, его целостность. При регенерации происходят такие процессы, как детерминация, дифференцировка, рост, интеграция и др., сходные с процессами, имеющими место в эмбриональном развитии. II. Физиологическая регенерация - восстановление органов, тканей, клеток или внутриклеточных структур после разрушения их в процессе жизнедеятельности организма. Репаративная регенерация – восстановление структур после травмы или действия других повреждающих факторов. III. Физиологическая регенерация представляет собой процесс обновления функционирующих структур организма. Поддерживается структурный гомеостаз, обеспечивается возможность постоянного выполнения органами их функций. Является проявлением такого важнейшего свойства жизни, как самообновление. IV. Примером физиологической регенерации на внутриклеточном уровне являются процессы восстановления субклеточных структур в клетках всех тканей и органов. Значение ее особенно велико для тканей, утративших способность к регенерации путем деления клеток(нервная ткань) Примерами физиологической регенерации на клеточном и тканевом уровнях являются обновление эпидермиса кожи, роговицы глаза, эпителия слизистой кишечника и др. Обновляются производные эпидермиса: волосы и ногти. Это так называемая пролиферативная регенерация(восполнение численности клеток за счет их деления). Во многих тканях существуют специальные камбиальные клетки и очаги их пролиферации. Интенсивность клеточного обновления в названных тканях очень велика(лабильные ткани). Клетки таких органов как печень, почка, надпочечник и др., обновляются значительно медленнее(стабильные ткани).

Вопрос 69 Регенерация. Виды регенерации. Репарационная регенерация, ее значение. Способы репаративной регенерации (эпиморфоз, морфолаксис). Гомоморфоз, гипоморфоз, гетероморфоз, гиперморфоз. Примеры. I. Регенерация – процесс восстановления организмом утраченных или поврежденных структур. Регенерация поддерживает строение и функции организма, его целостность. При регенерации происходят такие процессы, как детерминация, дифференцировка, рост, интеграция и др., сходные с процессами, имеющими место в эмбриональном развитии. II. Физиологическая регенерация - восстановление органов, тканей, клеток или внутриклеточных структур после разрушения их в процессе жизнедеятельности организма. Репаративная регенерация – восстановление структур после травмы или действия других повреждающих факторов. III. Репаративная регенерация очень разнообразна по факторам, вызывающим повреждения, по объемам повреждения, по способам восстановления. Наиболее широко изучена регенерация после механической травмы. Существует несколько разновидностей или способов репаративной регенерации. К ним относят эпиморфоз, морфолаксис, заживление эпителиальных тканей(эпителизация), регенерационную гипертрофию, компенсаторную гипертрофию.  IV. Эпиморфоз представляет собой наиболее очевидный способ регенерации, заключающийся в отрастании нового органа от ампутационной поверхности(например, регенерация конечности тритона). Выделяют 2 фазы: регрессивную и прогрессивную. Регрессивная фаза начинается с заживление раны, во время которого происходят остановка кровотечения, сокращение мягких тканей культи конечности, образование над раненой поверхностью сгустка фибрина, покрывающего ампутационную поверхность. Формируется регенерационная бластема. Затем начинается прогрессивная фаза, для которой наиболее характерны процессы роста и морфогенеза. V. Морфолаксис - регенерация путем перестройки регенерирующего участка(например, регенерация гидры из кольца, вырезанного из середины ее тела, или восстановление планарии из одной десятой или двадцатой ее части) На раневой поверхности не происходит значительных формообразовательных процессов. Отрезанный кусочек сжимается, клетки внутри него перестраиваются, и возникает целая особь уменьшенных размеров, которая потом растет. VI. При эпиморфной регенерации не всегда образуется точная копия удаленной структуры(гомоморфоз - образование точной копии). Такую регенерацию называют атипичной. Существует много разновидностей атипичной регенерации. Гипоморфоз - регенерация с частичным замещением ампутированной структуры. Например: у взрослой шпорцевой лягушки возникает шипов идея структура вместо конечности. Гетероморфоз - появление иной структуры на месте утраченной. Например, появление конечности на месте антенн или глаза у членистоногих. Гиперморфоз - избыточная регенерация. Происходит образование дополнительных структур. Например, после надреза культи при ампутации головного отдела планарии возникает регенерация двух голов или более. Дополнительные структуры являются зеркальным отражением исходных или регенерировавших структур, рядом с которыми они расположены(закон Бэйтсона).

Вопрос 70 Регенерация. Виды регенерации. Репаративная регенерация. Морфолаксис. Эндоморфоз (регенерационная гипертрофия, компенсаторная гипертрофия). Примеры. Проявление регенерационной способности в филогенезе. Применение в медицине. Факторы, влияющие на процесс регенерации. I. Регенерация – процесс восстановления организмом утраченных или поврежденных структур. Регенерация поддерживает строение и функции организма, его целостность. При регенерации происходят такие процессы, как детерминация, дифференцировка, рост, интеграция и др., сходные с процессами, имеющими место в эмбриональном развитии. II. Физиологическая регенерация - восстановление органов, тканей, клеток или внутриклеточных структур после разрушения их в процессе жизнедеятельности организма. Репаративная регенерация – восстановление структур после травмы или действия других повреждающих факторов. III. Репаративная регенерация очень разнообразна по факторам, вызывающим повреждения, по объемам повреждения, по способам восстановления. Наиболее широко изучена регенерация после механической травмы. Существует несколько разновидностей или способов репаративной регенерации. К ним относят эпиморфоз, морфолаксис, заживление эпителиальных тканей(эпителизация), регенерационную гипертрофию, компенсаторную гипертрофию.  IV. Морфолаксис - регенерация путем перестройки регенерирующего участка(например, регенерация гидры из кольца, вырезанного из середины ее тела, или восстановление планарии из одной десятой или двадцатой ее части) На раневой поверхности не происходит значительных формообразовательных процессов. Отрезанный кусочек сжимается, клетки внутри него перестраиваются, и возникает целая особь уменьшенных размеров, которая потом растет. V. Эндоморфоз (регенерационная гипертрофия) - увеличение размеров остатка органа после его повреждения без восстановления исходной формы. Иллюстрацией служит регенерация печени позвоночных. При краевом ранении печени внутри оставшейся части (удаленная часть никогда не восстанавливается) усиливается размножение клеток. В итоге восстанавливаются исходные масса и объем, но не форма. Функция также возвращается к норме. Компенсаторная гипертрофия - изменение в одном из органов при нарушении в другом, относящемся к той же системе органов. Примером является гипертрофия одной из почек при удалении другой или увеличение лимфатических узлов при удалении селезенки. VI. У одних групп позвоночных, например у хвостатых амфибий ( тритонов, аксолотлей, саламандр), конечности после ампутации регенерируют. У других групп позвоночных, например у всех млекопитающих, птиц, рептилий, конечности после ампутации не восстанавливаются. Известна и третья, промежуточная группа животных - бесхвостые амфибии ( лягушки, жабы, жерлянки), у которых конечности после ампутации восстанавливаются только до определенной стадии индивидуального развития ( онтогенеза), а на более поздних стадиях утрачивают способность к регенерации. В филогенезе позвоночные утрачивают регенерационную способность конечностей. VII. Регенеративная медицина — восстановление пораженной болезнью или повреждённой (травмированной) ткани с помощью активации эндогенных стволовых клеток или с помощью трансплантации клеток (клеточной терапии). VIII. Несомненна регуляция регенерационных процессов со стороны нервной системы. При тщательной денервации конечности во время ампутации эпиморфная регуляция полностью подавляется и бластема никогда не образуется.  Получены данные в пользу гуморальной регуляции. После введения нормальным животным сыворотки или плазмы крови от животных, подвергшихся удалению печени, у первых наблюдалась митотической активности клеток печени.

Вопрос 71 Характеристика трансплантации. Виды трансплантации - аутотрансплантация, аллотрансплонтация, ксентотрансплантация. Пути преодоления тканевой несовместимости. Значение для медицины. I. Трансплантация - пересадка органов и тканей человека и животных. Как хирургический метод известна с глубокой древности. Используется трансплантация кожи, мышц, нервов, роговицы глаза, жировой и костной ткани, костного мозга, сердца, почек и др. Особый вид трансплантации - переливание крови. При экспериментах на животных и в клинической медицине применяют ауто-(трансплантация собственных тканей), алло-(трансплантация от донора того же вида) и ксентотрансплантацию (трансплантация от донора другого вида, например собаке от кролика). II. Сейчас осуществляются несколько видов трансплантации. Аутотрансплантация, или аутологичная трансплантация — реципиент трансплантата является его донором для самого себя. Например, аутотрансплантация кожи с неповреждённых участков на обожжённые широко применяется при тяжёлых ожогах. Аутотрансплантация костного мозга или гемопоэтических стволовых клеток после высокодозной противоопухолевой химиотерапии широко применяется при лейкозах, лимфомах и химиочувствительных злокачественных опухолях. Ксенотрансплантация, или межвидовая трансплантация — трансплантация органов, тканей и/или клеточных органоидов от организма одного биологического вида в организм или его часть другого биологического вида. Аллотрансплантация, или гетерологичная трансплантация — трансплантация, при которой донором трансплантата является генетически и иммунологически другой человеческий организм. На сегодняшний день аллотрансплантация — преобладающий вид выполняемых трансплантаций почек, печени, сердца и лёгких, и более половины выполняемых трансплантаций костного мозга. Для успешной аллотрансплантации органа, для того, чтобы орган прижился и был функционален в организме реципиента, необходимо совпадение реципиента и донора по так называемым антигенам главного комплекса тканевой совместимости, или, по крайней мере, совпадение хотя бы по пяти из шести основных антигенов. III. Преодоление тканевой несовместимости является важнейшей задачей в успешной пересадке органов и тканей. Существуют неспецифические и специфические методы преодоления тканевой несовместимости. К неспецифическим методам относятся:  1) подавление иммунологической реактивности реципиента. Для этой цели используют различные иммунодепрессанты. К ним относятся: а) антилимфоцитарная сыворотка; б) облучение гамма-лучами и лучами Рентгена; в) иммунодепрессивные антиметаболиты;  2) создание иммунологической устойчивости (толерантности) организма хозяина к трансплантируемым тканям (органам). С этой целью (только экспериментально) эмбрионам и новорожденным вводят различные дозы трансплантата, потом уже во взрослом состоянии — ткани.  К специфическим методам подавления тканевой несовместимости относятся:  1) подбор иммунологически совместимых пар донора и реципиента (братья и сестры, родители и дети) или изоантигенных тканей донора и реципиента;  2) получение трансплантационного иммунитета у реципиента. Данный метод возможен лишь в условиях эксперимента. Оба метода не получили широкого применений;  3) «приучивание» реципиента к антигенам донора путем предварительных многократных взаимообменных переливаний крови донора и реципиента. IV. Операции по пересадке донорских органов, позволяющие не только спасти, но и возвратить человека к полноценной жизни, уже не являются редкостью. Трансплантация позволяет излечивать безнадежно больных людей, добиваться полной медицинской и социальной реабилитации работоспособных и активных граждан нашего общества. Многие ученые считают, что пересадка органов и клеток – будущее медицины.